[发明专利]高强度高模量铝基复合材料的成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料成型方法，尤其涉及高强度高模量铝基复合材料的成型方法，属于材料加工技术领域。

背景技术

铝基复合材料具有重量轻，比强度、比刚度和剪切强度高，热膨胀系数低，热稳定性、导热、导电、耐腐蚀性能良好等优点，逐渐成为航空、航天等领域中的理想材料，应用前景广阔。

中国专利200710005629.5公开了一种复合材料成型方法，是先放置纤维层在模具的模穴内，将一弹性模与一隔离膜覆盖在纤维层上，再将隔离膜下方与模具的模穴之间抽真空，以形成负压，同时对弹性模施加一机械压力，使纤维层定型；以消除成型的纤维层表面可能产生的气孔，增加产品的优良率。此成型方法难以满足航空、航天、高新技术等行业高强度、高模量铝基复合材料的成型要求。

中国专利93115401.4报道了热收缩纤维增强复合材料成型工艺，采用层压方法，在一定温度和压力下将增强纤维织物层压复合于聚乙烯中，制成热缩纤维增强复合材料。此方法工艺简单，但也不适合于高强度高模量铝基复合材料的成型。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种高强度高模量铝基复合材料的成型法，旨在有效降低铝基复合材料发生加工裂纹的几率，改善铝基复合材料的微观组织，提高材料强度。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

高强度高模量铝基复合材料的成型方法，特点：具体包括以下步骤——

①加载阶段：将铝基复合材料板材在450℃～550℃进行固溶处理，淬火，将铝基复合材料板材置于模具上，铝基复合材料板材与模具结合部密封，铝基复合材料板材与模具成型面腔体抽真空至1×10^-7MPa～1×10^-12MPa，再将铝基复合材料板材与模具置于高压釜中，高压釜产生150MPa～500MPa压力并作用于铝基复合材料板材表面；

②时效阶段：升温至20～300℃，时效处理5～50h；

③卸载阶段：时效结束后，先将温度降至15～50℃，然后卸载至常压，构件因残余弹性变形回复而发生回弹，从而获得相应形状的零件。

进一步地，上述的高强度高模量铝基复合材料的成型方法，步骤①中铝基复合材料板材固溶处理时间为15min～300min。

更进一步地，上述的高强度高模量铝基复合材料的成型方法，步骤①中铝基复合材料板材从固溶处理到淬火转移过程时间在1s～30s，淬火介质为水，水温在15℃～50℃。

再进一步地，上述的高强度高模量铝基复合材料的成型方法，步骤①中铝基复合材料板材与模具结合部设有橡胶密封垫，并涂抹真空密封脂。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明时效成型法是将零件成型和人工时效处理相结合的新型钣金成型工艺，能大大降低铝基复合材料发生加工裂纹的几率，改善铝基复合材料的微观组织，提高材料强度，同时，时效成型过程中由于蠕变而导致应力松弛以及后续回弹，构件残余应力水平较低，其耐疲劳及应力腐蚀能力有所提高，长期服役性能好；是航空先进制造技术的发展重点，是长寿命、高可靠制造技术重点发展的方向。具有成型效果好、成型质量稳定、生产效率高、工装简单、人工影响因素小等优点，非常适合应用于高强度高模量铝基复合材料大平面尺寸、小曲率、型面结构复杂、准确度高的框肋腹板和壁板类零件精密成型，应用前景看好。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：加载阶段的示意图；

图2：时效阶段的示意图；

图3：卸载阶段的示意图。

具体实施方式

本发明提供高强度高模量铝基复合材料成型方法，是一种将零件成型和人工时效处理相结合的新型钣金成型工艺。

时效成型法，对板材施予一定预变形，加温后使部分弹性应变转化为塑性变形；即通过将弹性变形转化为永久的塑性变形达到成型的目的，成型过程具体分为加载、时效、卸载三个阶段，如图1～3所示，主要包括以下三个步骤：